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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung bezieht sich in erster Linie auf das Dichtungselement, das verwendet wird zur Abdichtung zwischen Hochdruck- und Niederdruckzonen um die Bewegung von Rotationselementen wie Hochgeschwindigkeitsrotoren, Flügelblättern, die an den verschiedenen Mechanismen des Energiesektors wie Gas- und Dampfturbinen beteiligt sind, Flugzeugtriebwerken.
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Die Erfindung befasst sich insbesondere mit der Konstruktion einer Gewebeschicht, die so konstruiert ist, dass sie zwischen Blechen angeordnet werden kann, um sie in der Dichtungsanordnung zu stützen, die so angebracht ist, dass sie eine Abdichtung um Rotationselemente mit hoher Geschwindigkeit gewährleistet; und dem Herstellungsverfahren der Gewebeschicht.
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Stand der Technik
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Dem bekannten Stand der Technik nach gibt es Dichtungsanordnungen, die kreisförmig um die Rotationselemente in Gas- und Dampfturbinen im Energiesektor, in Flugzeugtriebwerken und in anderen Vorrichtungen mit schnell laufenden Flügelblättern und Rotoren angebracht sind. Diese Dichtungsanordnungen bieten eine Abdichtung zwischen Hochdruckzonen und Niederdruckzonen, die sich um Hochgeschwindigkeits-Turbomaschinenelemente bilden.
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In den Dichtungsanordnungen befinden sich Blattdichtungen aus sehr dünnen Blechen (Platten, Unterlegscheiben), die in einem bestimmten Neigungswinkel in Kreisrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die vom Leckstrom aufgrund der hohen Druckdifferenz im abgedichteten Bereich transportierte Energie wird beim Durchströmen der Blattdichtung auf diese Platten übertragen. Da Bleche keine energiedämpfenden Eigenschaften haben, werden Blattdichtungen übermäßigen und unregelmäßigen Schwingungen ausgesetzt. Daher ist es schwierig, bei hoher Druckdifferenz eine stabile Struktur zu erhalten. Wenn sie in einer instabilen Struktur oder in einem ungeeigneten Frequenzintervall in Betrieb sind, sind sie in sehr kurzer Zeit einer Ermüdung ausgesetzt, verlieren ihre strukturelle Integrität und beginnen auszulaufen.
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Da die Bleche in kreisförmiger Richtung und in einem bestimmten Neigungswinkel um den Schaft herum angeordnet sind, entsteht auch bei Berührung der Bleche ein Spalt zwischen den Blechen am Außendurchmesser. Aus diesem Spalt tritt eine erhebliche Menge an Leckage aus. Gleichzeitig verursacht die aus diesem Spalt austretende Leckage eine unregelmäßige Schwingung und beschädigt die Blattdichtung in kurzer Zeit. Bei den vorhandenen Dichtungselementen gibt es keine Konfiguration, um die Spalte zwischen den Blechen zu bedecken.
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Infolgedessen wurden Verbesserungen an den Dichtungsanordnungen von Hochgeschwindigkeitsrotationselementen vorgenommen, weshalb neue Konstruktionen erforderlich sind, um die oben genannten Nachteile zu beseitigen und neue Lösungen für bestehende Systeme zu entwickeln.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2011 053 080 A1 offenbart eine Dichtungsanordnung für eine Turbomaschine mit mehreren nachgiebigen Plattengliedern, die an einer Innenfläche eines stationären Gehäuses befestigt sind und einen Dichtungsring zwischen dem stationären Gehäuse und einem Laufrad bilden, und mit einem Schwingungsdämpfer, der benachbart zu den mehreren nachgiebigen Plattengliedern angeordnet oder darauf vorgesehen ist und dazu eingerichtet ist, Schwingungen der mehreren nachgiebigen Plattenglieder zu dämpfen.
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Aufgabe der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Dichtungselement, das die oben genannten Anforderungen erfüllt, alle Nachteile beseitigt und einige zusätzliche Vorteile bringt.
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Die Hauptaufgabe der Erfindung ist es, die Dichtungselemente in Hochgeschwindigkeitsrotationselementen zu verstärken und Bleche mit Gewebeschichten zu unterstützen, die hergestellt werden, um ordnungsgemäß zwischen den Blechen angeordnet werden zu können, um sie stabiler arbeiten zu lassen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die schwingungsbedingte Verformung von Blechplatten bei Druckdifferenzen zu verhindern, indem Gewebeschichten aus Metall- oder Nichtmetallfasern zwischen Blechen angeordnet werden.
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Im Gegensatz zu den Blechen mit isotropen Materialeigenschaften zielt die Erfindung der Gewebeschichtkonstruktion darauf ab, eine stabilere Struktur zu schaffen, ohne die Flexibilität des Dichtungselements in radialer Richtung zu verlieren.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, Bleche zur Verfügung zu stellen mit der Fähigkeit, überschüssige Energie und Schwingungen, die auf sie durch die Verwendung von Gewebeschichten übertragen werden, aufzunehmen und dadurch die Stabilität von Blechen zu erhöhen.
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Durch die zwischen den Blättern anzuordnenden Gewebeschichten werden die Öffnungen, die zu erheblichen Leckagen im Außendurchmesser der oben genannten konventionellen Bleche führen, minimiert. Die Erfindung zielt auch darauf ab, die Menge des Leckstroms zu reduzieren und eine bessere Dichtungsleistung durch die Bildung eines porösen Mediums zu erzielen.
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Bei der Herstellung der Erfindung werden Gewebeschichten von einem Ende mit Kegelrollen gepresst. Wenn Gewebeschichten so zwischen die Bleche angeordnet werden, dass das gepresste Ende am Innendurchmesser bleibt, wird die in den herkömmlichen Blechen gebildete Öffnung geschlossen. Auf diese Weise soll der aus Blechen austretende Durchfluss minimiert und gleichzeitig zur Dämpfung der in Blechen gebildeten Schwingungen beigetragen werden.
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Um alle oben genannten Vorteile zu realisieren und, wie im Folgenden im Detail verstanden wird, ist die Erfindung ein Dichtungselement, das verschiedene Bleche umfasst; eine Frontplatte, die verhindert, dass der Strom direkt und unregelmäßig auf die Bleche trifft, um die Leckagemenge in Richtung der Strömungsrichtung zwischen den Hochdruckzonen und den Niederdruckzonen, die in der Umgebung während der Bewegung der Rotationselemente wie der Hochgeschwindigkeitsrotoren und - flügelblättern entstehen, zu reduzieren; eine Rückplatte, die den Blechen mechanische Unterstützung bietet; Bleche, die nebeneinander in einer Reihe zwischen der Frontplatte und der Rückplatte um Rotationselemente herum angeordnet sind und eine Gewebeschicht aus langlebigen Metall- und/oder Nichtmetallfasern umfassen, die in verschiedenen Formen und Mustern gewebt sind, um zwischen Blechen angeordnet zu werden, um Schwingungen zu dämpfen und die Menge an Leckagen zu reduzieren.
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Die strukturellen und charakteristischen Merkmale und alle Vorteile der Erfindung, die in den nachstehenden Zeichnungen und in der detaillierten Beschreibung durch Bezugnahme auf diese Abbildungen dargelegt sind, werden klar verstanden, weshalb die Bewertung unter Berücksichtigung dieser Abbildungen und detaillierten Erklärungen erfolgen sollte.
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Figurenliste
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Um die Struktur der Erfindung und ihre Vorteile mit zusätzlichen Elementen umfassend zu verstehen, ist es notwendig, sie zusammen mit den folgenden Figuren zu beurteilen.
- 1 ist eine dreidimensionale Ansicht des Dichtungselements der Erfindung.
- 2 ist eine Seitenansicht des Dichtungselements der Erfindung.
- 3 ist eine Frontansicht des Dichtungselements der Erfindung.
- 4 ist eine Darstellung des Schließens von Spalten zwischen flachen Blechen unter Verwendung der Gewebeschicht im Dichtungselement.
- 5 ist eine Darstellung der geschlossenen Spalte zwischen Blechen mit gerollten Enden unter Verwendung der Gewebeschicht im Dichtungselement.
- 6 ist eine Detailansicht von Blechen mit gerollten Enden und der dazwischen liegenden Gewebeschicht.
- 7 ist eine Darstellung des Verfahrens zur Bildung der Gewebeschicht mit einer einzigen Rolle.
- 8 ist eine Darstellung des Verfahrens zur Bildung der Gewebeschicht mittels einer Doppelrolle.
- 9 ist eine Illustration von Beispielen von gewebten Mustern, die bei der Herstellung von Gewebeschichten verwendet werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtungselement
- 2
- Blech
- 2.1
- Gerolltes Ende
- 3
- Gewebeschicht
- 4
- Frontplatte
- 5
- Rückplatte
- 6
- Stützring
- 7
- Abstandhalter
- 8
- Rotationselemente
- 10
- Rolle
- A
- Strömungsrichtung
- D
- Niederdruckzone
- Y
- Hochdruckzone
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In dieser detaillierten Beschreibung werden die bevorzugten Strukturen der Erfindung des Dichtungselements (1) nur zum besseren Verständnis des Gegenstands und ohne einschränkende Wirkung erläutert.
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Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf die Verbesserungen am Dichtungselement (1), das verwendet wird, um die Menge des Leckstroms in Richtung der Strömungsrichtung (A) zwischen Hochdruckzonen (Y) und Niederdruckzonen (D) zu reduzieren, die in der Umgebung während der Bewegung von Rotationselementen (8) wie Hochgeschwindigkeitsrotoren, Flügelblättern, die an den verschiedenen Mechanismen des Energiesektors wie Gas- und Dampfturbinen beteiligt sind, Flugzeugtriebwerken, gebildet werden. 1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des zugehörigen Dichtungselements (1). Dementsprechend umfasst das Dichtungselement (1) mit seinem Gesamtzustand;
- • eine Frontplatte (4), die auf der Seite des Hochdruckes (Y) des Leckstroms angeordnet ist, die verhindert, dass der Strom direkt und unregelmäßig auf die Bleche (2) trifft,
- • eine Rückplatte (5), die sich auf der Niederdruckseite (D) des Leckstroms befindet, die die Bleche (2) mechanisch stützt, während sie der expliziten Kraft entspricht, die aufgrund der Druckdifferenz an den Blechen (2) erzeugt wird,
- • Bleche (2), die in einer Reihe zwischen Frontplatte (4) und Rückplatte (5) nebeneinander um Rotationselemente (8) herum angeordnet sind, um Leckagen zu verhindern,
- • eine Gewebeschicht (3) aus langlebigen Metall- und/oder Nichtmetallfasern, die in verschiedenen Formen und Mustern gewebt ist, um zwischen Bleche (2) angeordnet zu werden, um Schwingungen in Blechen (2) während des Durchflusses zu dämpfen und die Menge an Leckagen zu reduzieren.
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Die Frontplatte (4), die Rückplatte (5) und Bleche (2), die das Dichtungselement (1) bilden, werden durch Schweißen oder ein ähnliches Bindungsverfahren verbunden.
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Die Verbesserung des Dichtungselements (1) der Erfindung ist die Konstruktion einer Gewebeschicht (3), die zwischen Blechen (2) angeordnet ist. Die Gewebeschicht (3) ist eine Struktur, die in verschiedenen Mustern und Formen aus aus Metall oder anderen dauerhaften Materialien hergestellten Fasern gewebt werden kann. 9 zeigt einige Beispiele für gewebte Muster, die in der Gewebeschicht (3) verwendet werden können. 2 zeigt die Seitenansicht des Dichtungselements (1) der Erfindung. Aus 2 ist die Konstruktion aus den Blechen (2) und der Gewebeschicht (3), die auf dem Rotationselement (8) nebeneinander angeordnet sind, besser zu erkennen. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Dichtungselements (1) aus dem Frontprofil. Im Querschnitt in 3 ist die Leckagerichtung (A) zwischen der Hochdruckzone (Y) und der Niederdruckzone (D) zu sehen.
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Die konzipierten Gewebeschichten (3) weisen im Gegensatz zu Blechen (2) mit isotropen Materialeigenschaften eine flexible Struktur in radialer Richtung auf. Durch die Anordnung der Gewebeschichten (3) zwischen den Blechen (2) sind sie in der Lage, die Schwingungseffekte zu dämpfen. Insofern weist das Dichtungselement (1) eine stabilere Struktur in radialer Richtung auf.
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Durch das Hinzufügen von Gewebeschichten (3) zu den aus Blechen (2) bestehenden Dichtungselementen (1) wurde die Blechbeständigkeit und -dichtheit verbessert..
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Zu diesem Zweck sind Gewebeschichten (3) konzipiert, die so ausgebildet sind, dass sie die sich allmählich zum Außendurchmesser hin öffnenden Spalte zwischen den Blechen (2) abdecken, wenn die Bleche (2) konzentrisch auf der Oberfläche des Rotationselements (8) angeordnet sind.
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Das Verfahren zur Herstellung der Gewebeschicht im Dichtungselement (1) der Erfindung ist wie folgt:
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Zunächst werden Gewebeschichten (3) von einem Ende mit einer Kegelrolle (10) und einer ebenen Oberfläche, wie in 7 dargestellt, gepresst oder von beiden Enden mit der Doppelrolle (10) zu einem winkligen Layout, wie in 8 dargestellt, gepresst. Im nächsten Schritt werden Bleche (2) im Dichtungselement (1) hergestellt, bei denen die Konstruktionsparameter entsprechend den Betriebsbedingungen eingestellt wurden. Die mit dem Rotationselement (8) in Kontakt stehenden Enden der Bleche (2) können in gerader oder gekrümmter Form hergestellt werden. 6 zeigt eine Detailansicht der Konstruktion aus gefaltetem Blech (2) und der verflochtenen Gewebeschicht (3). Wie in 6 wird mit dieser Struktur aus Blech (2), das ein gefaltetes Ende (2.1) umfasst, der Verschleiß des Rotationselements (8) reduziert und eine bessere aerodynamische Auftriebskraft der Bleche (2) erreicht.
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Nach der Herstellung von Blechen (2) und Gewebeschichten (3) werden Paare von Blechen (2) und Gewebeschichten (3) linear angeordnet und konzentrisch zur Oberfläche des Rotationselements (8) ausgebildet, wie in 4 dargestellt. Vorbereitete Gewebeschichten (3) und Blechpaare (2) werden mit dem Abstandhalter (7) durch Verfahren wie Schweißen verbunden. Die Funktion des Abstandhalters (7) als Teil zum Einstellen des gewünschten Spaltes zwischen den Blechen (2) kann durch eine Gewebeschicht (3) erreicht werden. Daher kann das Dichtungselement (1) auch ohne Verwendung des Abstandhalters (7) konfiguriert werden. Die entlang der Linearachse verbundenen Gewebeschichten (3), Bleche (2) und Abstandshalter (7) werden an beiden Enden miteinander verbunden, nachdem sie im gewünschten Radius ringförmig gebogen wurden. Dadurch entsteht eine kreisförmige Struktur um das Rotationselement (8).
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Die Herstellung des Dichtungselements (1) wird durch die Kombination der Gewebeschichten (3), Bleche (2) und Abstandshalter (7), die in Form eines kompletten Rings angeordnet sind, mit der Rückplatte (4), der Frontplatte (5) und den Stützringen (6) abgeschlossen.
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Im Dichtungselement (1) wird vorstehend auch die Herstellung von Blechen (2) durch Walzen des dem Rotationselement (8) nahe liegenden Endes mit einer Blechwalzmaschine und/oder einer ähnlichen Vorrichtung beschrieben. 5 zeigt eine Darstellung zum Schließen der Spalte zwischen den Blechen (2) mit gefalteten Enden (2.1) unter Verwendung einer Gewebeschicht (3).
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Die schwingungsbedingte Verformung der Bleche (2) wurde bei Druckdifferenzen durch die Konstruktion der Gewebeschicht (3) im Dichtungselement (1) auf ein Minimum reduziert. Durch die Gewebeschicht (3) wurde das Dichtungselement (1) als stabilere Struktur verwendet, ohne seine Elastizität in radialer Richtung zu verlieren.
